JPH03279832A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は回転駆動される回転軸のトルクを検出するトル
ク検出装置に関し、特に、自動車等において使用される
各種回転軸のトルクを該回転軸のねじれ量から算出する
車載用のトルク検出装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、自動車におけるトルク検出の必要性は増大しつつ
ある。特に、四輪駆動車における前輪と後輪へのトルク
配分においては、正確なトルク検出が求められる。しか
し、現在のトルク検出は走行状態に対する特性曲線を設
定し、推定による間接的制御を用いることにより行なわ
れており、車両による特性のバラツキ等に伴ないその精
度は必ずしも十分なものとはいえない。同様の問題は、
自動変速機をはじめとする出力軸を有する車両の各機構
部のトルク検出においても生じている。このような状況
の下、自動車におけるトルクの直接的検出が可能となれ
ば、変速機、四輪駆動におけるトルク配分のみならず、
アクティブサスペンションやトラクションコントロール
を完成度の高いものとすることが可能である。一方、ト
ルク検出の必要性は自動車に限らず各方面で問題となっ
ており、例えば、ＮＣ工作機ではトルクの適性化は工作
精度を確保する上で不可欠である。

トルク検出の直接的手段としては、回転軸表面に発生す
る歪や回転軸のねじれ応力を検出しその検出値からトル
クを検出する方法もあるが、いずれも測定精度や再現性
の点で問題があるので、このような問題の少ない回転軸
のねじれ角を検出する方法を用いてトルクを検出するの
が有効である。

ねじれ角を検出する従来技術としては、駆動源により回
転される軸上に多数のスリットを形成した２枚のスリッ
ト板を所定間隔で設け、このスリット板のスリットを介
して対向するように発光素子と受光素子を設置し、軸の
相対ねじれ変位によりスリットの重合面積が変化するこ
とを応用し、発光素子からその重合面積部分を介して受
光素子に達する光量の変化と、設置間隔から相対ねじれ
角を検出する方法や、駆動源により回転される軸上に複
数個の歯を存する２個の歯車を所定間隔で設け、この歯
車に対向するように電磁ピックアップを設置し、軸の相
対ねじれ変位を電磁ピックアップの出力信号より検出す
る方法が知られている。

また、回転軸に所定間隔をおいた２つの磁気信号発生手
段もしくは磁気記録手段を装着し、それぞれの手段には
互いに同一位相の位相信号を記録しておき、トルク印加
時にこれらの手段から読み取られた信号の位相差からね
じれ角を検出する方法が知られている（特開昭６２−１
５０６４４号公報、特開昭８２−２３９０３１号公報）
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した光学的手段もしくは電磁ピック
アップを用いて回転軸のねじれ角を検出する方法は構造
が複雑で大きく、車載用のトルク検出器としては不適当
である。また、車両の駆動軸トルクを検出する場合には
、エンジンブレーキ等に負荷側から駆動側へのトルクが
発生するため、回転軸に加わるトルクの方向をも同時に
判断する必要があるがこのような従来技術によってはト
ルク方向を判断することは困難である。

一方、上述した磁気的に回転軸のねじれ角を検出する方
法は、その構造が簡単になるものの、上述したような回
転軸に加わるトルクの方向を検出することは上記従来技
術と同様に困難である。

本発明は上述した事情に鑑みなされたものであり、簡単
な構成でトルク方向をも判断することのできるトルク検
出装置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明のトルク検出装置は、回転駆動される回転軸の所
定間隔をおいた２位置に互いに位相をずらされた位相信
号を記録された２枚の磁気記録媒体を固設するとともに
、これら２枚の磁気ディスクと対向する位置に各々磁気
ヘッドを配設し、上記回転軸に負荷が加わってた状態で
回転しているときこれら磁気ヘッドにより２つの磁気記
録媒体に記録されている位相信号を読み取り、さらに位
相差検出手段によってこの読み取った両位相信号の位相
差Δｔを検出し、トルク方向判定手段により、この検出
された位相差Δｔと、上記回転軸に負荷が加わっていな
い状態における両位相信号の基準位相差Δｔｏとの比較
結果から回転軸に加わるトルクの印加方向を判定するよ
うにしたことを特徴とするものである。

なお、上記位相信号の周波数は、予想される最大のねし
れ量のとき、ねじれによる位相ずれが１ノ２周期以下と
なるように設定しておくことが必要である。

（作　　用） 上記構成によれば、２つの磁気記録媒体に互いに位相を
ずらした位相信号を記録するようにしており、両方の磁
気記録媒体から読み取られた位相信号の位相差の大小に
よりトルクの方向を判断することができる。すなわち、
Ａ、８２つの磁気記録媒体に、Δｔｏだけ位相をずらせ
た位相信号が書き込まれているとすると、無負荷時に読
み取られる両信号の位相差はΔｔｏとなる。次に回転軸
にトルクが加わった場合について考えてみると、２つの
磁気記録媒体のうちＡが駆動源側、Ｂが負荷側に配され
ているとすれば、トルクの方向が駆動源から負荷の方向
のとき、読み取られた位相信号の位相差はΔｔ０より大
きくなり、逆に負荷から駆動源であればその位相差はΔ
ｔ０より小さくなる。したがって、読み取られた位相信
号の位相差がΔｔｏより大きいか小さいかを検出するこ
とによってトルクの印加方向を判定することができる。

また、上記２つの位相信号から位相差を検出する際には
、通常、位相信号を方形波に整形し、その方形波信号の
立上がりもしくは立下がりを検出し、この検出タイミン
グの比較から位相差を検出するが、無負荷時に２つの位
相信号が同一位相であるとすれば、この方形波信号がジ
ッタを有すること等からねじれ量が小さいと位相差が正
になったり負になったりしてその後の信号処理が極めて
困難になる。本発明では予め無負荷時において２つの位
相信号間に位相差が生じるようにしているのでねじれ量
が小さくても上記位相差が正になつたり負になったりす
るような問題が生ぜずその後の円滑な信号処理を行なう
ことが可能となる。

（実　施　例） 以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明する
。第１図は本発明の一実施例に係るトルク検出装置を示
す概略図である。この装置は、検出対象となる回転軸１
の軸方向に所定距離りをおいた２位置に、該回転軸１を
一周するようにして各々装着された２枚の磁気記録媒体
２ａ、２ｂと、各々の磁気記録媒体２ａ、２ｂに対して
情報信号を記録再生し得る位置に配設された記録再生両
用の磁気ヘッド３ａ、　３ｂと、これら２つの磁気ヘッ
ド３ａ、　３ｂにより読み取られた情報信号の位相を比
較し、その比較結果に基づいて回転軸１の上記２位置間
のねしれ角を測定し、この測定値に基づいて回転軸１に
加わるトルクを算出し、その算出したトルク値を出力部
５に出力するトルク算出部４と、方形波信号からなる同
一位相の２つの記録信号を発生する記録信号発生部６と
、この記録信号発生部６からの２つの記録信号に１ノ２
周期の位相差を与えて２つの位相信号を生成し、対応す
る位相信号を磁気ヘッド３ａ、３ｂに送出する位相制御
部７を備えている。

上記磁気記録媒体２ａ、２ｂは、長尺の可撓性非磁性基
板上に磁性金属もしくは磁性酸化物からなる磁性層を塗
布してなるもので、この磁性層を外側にし回転軸１の回
りを一周するようにして該回転軸１に接着されている。

また、上記トルク算出部４は両磁気ヘッド３ａ、３ｂに
より読み取られた位相（：号を波形整形し方形波信号と
する波形整形回路、これら方形波信号の立上りを検出す
るワンショットマルチバイブレータ回路、この検出され
た立上がりの時間間隔に基づいて回転軸１に加わるトル
ク値およびトルク方向を算出するＣＰＵを有しており、
この算出されたトルク値およびトルク方向を表わす信号
は出力部５から外部の表示回路あるいはトルク制御回路
等に送出される。

次に、トルクの方向を判定する方法について説明する。

本実施例においては、各々の磁気ヘッド８ａ、　３ｂに
よって読み出される位相信号の波形整形後のパルス波形
は、回転軸１にトルク負荷が加わっていない場合、第２
図（ａ）に示すようにｌ／２周期の位相差となりこれを
基準の時間間隔（位相差）Δｔｏとする。回転軸１に駆
動源側から負荷側にトルク負荷が加わっている場合は第
２図（ｂ）に示すように、また、負荷側から駆動源側に
トルク負荷が加わっている場合は第２図（Ｃ）に示すよ
うに第２図（ａ）の状態から位相がずれる。ここで、ト
ルクの方向か駆動源側から負荷側である場合の時間間隔
（位相差）をΔｔ１とすると、 Δｔｌ＞Δｔ。

となる。一方、トルクの方向が負荷側から駆動源側であ
る場合の時間間隔（位相差）をΔｔ２とすると、 Δｔ２くΔｔ０ となる。したがって、トルク算出部４において、磁気ヘ
ッド３ｂによって読み出された信号のワンンジットパル
スを基準とし、次にくるワンショットパルス信号までの
位相差が１／２周期以上であるか、以下であるかを判断
することによってトルク負荷の加わっている方向が検出
される。

なお、上述した実施例においては、２つの位相信号の位
相差を１／２周期としているが、この位相差としては必
ずしもこれに限られるものではなく、正負のトルク発生
量に差があるような場合には、その正負トルク量の大小
に応じて最適な位相差を上記位相制御部７により設定す
ることができる。

また、読み出された位相信号の立下りからワンショット
パルスを得るようにすることも可能である。

なお、上記回転軸１のねじれによって位相信号が半周期
以上互いにずれると上述したΔｔ１　とΔｔ２の関係が
逆転してしまうので、このような逆転がおきないように
予期される位相差が半周期以内となるよう上記位相信号
の周波数を設定する必要がある。

例えば回転軸として自動車のドライブシャフトを例にす
ると、それに発生する負荷トルクＴは約２０（１ｇ・ｍ
と見積もれ、その際の位相差は、両磁気記録媒体２ａ、
　２ｂの間隔りを５α、軸径りを３０層。

軸材質をＦｅとすると、（１）式、 （但し、Ｇは回転軸の横弾性係数（υ／ｄ））から１″
となる。ここで、トルクの正負を含めた検出を行なうこ
とが必要となるから、位相信号は２″以上のピッチとな
るような周波数に設定する必要がある。したがって測定
できる最大トルクＴｗａｘと位相信号の周波数Ｆ　ｒｅ
ｃ　　（Ｈｚ）の関係は２式で表わされる。

８４ＬＴｍａｘ （但し、Ｒｏｔは軸回転数（ｒｐｓ）である。）また、
トルク値は次のようにして算出される。

すなわち、駆動源側から負荷側にトルクが発生した場合
（正トルク）は、 （Δｔ１−Δｔｏ）／信号周期 を演算してトルク値とする。逆に負荷側から駆動源側に
トルクが発生した場合（負トルク）は、（Δｔ２〜Δｔ
ｏ　）　／信号周期 を演算してトルク値とする。

なお、上記トルク値およびトルク方向に関する演算は全
てトルク算出部４においてなされる。

なお、上述した実施例においては回転軸１に対し磁気記
録媒体２ａ、２ｂを２つ配設しているが、これに限られ
るものではなく３つ以上の磁気記録媒体を配設すること
もできる。また、本発明に係る装置に使用される磁気記
録媒体の形状としては必ずしも上述した形状のものに限
られるものではなく、その他種々の形状のものを使用す
ることが可能である。

なお、２つの磁気ヘッドは、第１図に示すように全磁気
ヘッド３ａ、３ｂを互いに対応する位置に必ずしも配設
する必要はなく、一方の磁気ヘッドに対して、他方の磁
気ヘッドを磁気記録媒体の円周方向にずれた位置に配設
することも可能である。

髪するに、無負荷状態において２つの磁気ヘッドから読
み出される位相信号が所定の位相差を有するように設定
されていればよい。

なお、上記実施例は主として、自動車の動力伝達系を例
に説明しているが、本発明の適用対象としては自動車に
限らず、船舶、工事用車両、兵器等について適用するこ
とが可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のトルク検出装置によれば
無負荷状態において２つ以上のエンコーダ各々から読み
出された位相信号の位相差を基準位相差とし、この基準
位相差と、負荷が加わった状態における上記位相信号の
位相差を比較しているので、各位相信号に係るエンコー
ダの配設順序から回転軸に印加されたトルクの方向を容
易に判断することができる。

また、無負荷状態において、上記２つの位相信号間で位
相差を設けているので、ねじれ量が小さくても信号のジ
ッタ等によってこの位相差が正になったり負になったり
をくり返すことがなく、その後の信号処理を円滑なもの
とすることができる。

なお、本発明装置は磁気的に位相信号を記録するように
しており、他の方式を用いた場合に比べて上記位相信号
の位相ずれの精度を向上することができる。

また、本装置はエンコーダと信号読取手段と信号を算出
する簡単な回路により構成すればよいので装置構造が複
雑となることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るトルク検出装置を示す
概略図、第２図は第１図に示すトルク算出部における信
号処理を説明するための信号波形図である。 １・・・回転軸 ２ａ、２ｂ、２ｃ・・磁気記録媒体 ３ａ、３ｂ、３ｃ・・・磁気ヘッド ４・・・トルク算出部 ６・・・記録信号発生部 ７・・・位相制御部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転軸に所定距離をおいて取り付けられ、かつ互いに所
   定量だけ位相をずらした同一周波数の位相信号が記録さ
   れている一対の磁気記録媒体と、該磁気記録媒体から位
   相信号を読み取るためこれら磁気記録媒体各々に対向す
   る位置に配設された磁気ヘッドと、 これら各磁気ヘッドにより読み取られた位相信号の位相
   差を検出する位相差検出手段と、 前記回転軸に負荷が加わっていない状態における前記両
   位相信号の基準位相差Δｔ＿０を基準とし、この基準位
   相差Δｔ＿０と検査時における位相差Δｔとの比較に基
   づき前記回転軸に加わるトルクの印加方向を判定するト
   ルク方向判定手段とからなることを特徴とするトルク検
   出装置。